Сажевый фильтр: для чего он нужен на авто?

Срок службы сажевого фильтра

Основной проблемой для сажевых фильтров  является большое количество сажи в выхлопных газах. К повышению количества сажи приводят проблемы со смесеобразованием (перелив топлива или недостаточное количество воздуха). 

Причин может быть много: неисправна топливная аппаратура,  проблемы в системе подачи воздуха,  неполадки турбонаддува и т.д. Также на дымность выхлопа  влияет и само качество дизтоплива.

Так или иначе, даже в идеальных условиях на большом пробеге (от 200-250 тыс. км.) сажевый фильтр постепенно забьется и потребуется решать проблему. Официально выходом в сложившейся ситуации будет замена сажевого фильтра. Само собой, данное решение самое правильное, но очень дорогое.

По этой причине автовладельцы активно применяют следующие методы:

1. установка аналоговых заменителей или кустарных решений. Такой способ рискованный  и не оправдывает себя, так как дешевые аналоги или самодельные заменители могут стать причиной возгорания. Еще добавим, что даже после установки такого «фильтра» ошибки по регенерации будут возникать, так как датчики не могут  нормально взаимодействовать с аналогами.  
2. Удаление сажевого фильтра. В этом случае можно полностью избавиться от проблемы  с данным фильтром. Единственный недостаток –  появится неприятный запах выхлопа и произойдет повышение токсичности выхлопных  газов.

С учетом того, что на данный момент экологии в странах СНГ не уделяется должного внимания, автовладельцы закрывают  глаза на проблему и  предпочитают удалять сажевые фильтры и катализаторы.

Как почистить фильтр

Так как проблема имеет довольно большие масштабы, производители предусмотрели несколько вариантов дополнительной очистки сажевого фильтра. Здесь можно выделить:

• Очистку со снятием.
• Промывку без снятия.

Очистка своими руками

Промывка со снятием

Первый вариант предполагает демонтаж «сажевика». Это может занять примерно 8 часов.

1. Фильтр необходимо демонтировать.
2. Корпус устройства помещаем в емкость для жидкости (таз), наливаем промывочную жидкость до полного заполнения системы. Оставляем все это на 8 часов.
3. Хорошо все промываем простой водой, до полного удаления отслоившейся сажи.
4. Фильтр необходимо хорошо высушить и поставить на прежнее место.

В данном случае очень важно следить за качеством промывочной жидкости. Это должны быть оригинальные продукты, хорошо известных производителей автомобильной химии

Подделки или непроверенные дешевые средства могут нанести непоправимый вред тонкому слою из платины, что полностью выведет из строя всю очищающую систему.

Промывка без снятия

Вся процедура очистки будет проводиться непосредственно на автомобиле и может возникнуть угроза возгорания. Исходя из этого, нужно категорически избегать использовать для промывки нефтепродукты. В данном случае подойдут водно-щелочной раствор и просто смывающая жидкость.

Производители в таких устройствах предусмотрели возможность заполнение конструкции промывочной жидкостью непосредственно через специальное отверстие на корпусе при помощи специального пистолета. Кроме того, в помощь предлагается изогнутый или прямой зонд и насадка для распыления. Эти приспособления позволяют произвести промывку практически на любой модели. Для заливки жидкости наиболее часто используют отверстие, в котором стоит датчик давления. Промывка будет выглядеть так:

• Прогреваем мотор, а затем даем ему остыть примерно до 40 градусов (щелочной раствор работает при такой температуре наиболее эффективно).
• Выкручиваем датчик.
• Берем 1 литр жидкости.
• Подключаем пистолет распылитель к зонду и вводим в отверстие.
• Распыляем жидкость непосредственно на фильтр. Делать это необходимо по схеме 10 секунд распыления и 10 секунд перерыв и все снова.
• При распылении рекомендуется все время вращать зонд.

После слива промывочной жидкости по этой же схеме в отверстие при помощи пистолета вводится обычная жидкость для промывки от щелочи.

По окончании всего процесса необходимо запустить процесс регенерации и полностью дожечь всю сажу. Сделать это можно при совершении поездки примерно в течение 20 минут на средних или высоких оборотах.

Производители сегодня предлагают вместо второго варианта использовать специальные аэрозольные баллончики. Работа с ними происходит по той же самой схеме, но важным плюсом будет являться то, что для работы не нужно будет покупать ни пистолет, ни другие приспособления.

Какой способ лучше

Все описанные нами способы позволяют значительно продлить срок службы сажевого фильтра. Но каждый из них имеет свои плюсы и минусы.

Так первый способ потребует значительных временных затрат – «сажевик» нужно сначала демонтировать, а затем установить на прежнее место. Что требует определенных навыков.

Второй способ требует не только промывки, но и дополнительную диагностику с дополнительным дожигом сажи. Автомобилисты, проводившие такую работу, рекомендуют по возможности обращаться в СТО.

Третий вариант наиболее простой, но, к сожалению, наименее эффективный и подходит больше в профилактических целях.

Обслуживание

Фильтры требуют большего обслуживания, чем каталитические нейтрализаторы. Зола, побочный продукт потребления масла при нормальной работе двигателя, накапливается в фильтре, так как не может быть преобразована в газ и проходить через стенки фильтра. Это увеличивает давление перед фильтром. Предупреждения передаются водителю до того, как ограничение фильтра вызовет проблемы с управляемостью или повреждение двигателя или фильтра. Регулярное обслуживание фильтра — необходимость.

Фильтры DPF проходят процесс регенерации, который удаляет эту сажу и снижает давление фильтра. Существует три типа регенерации: пассивная, активная и принудительная. Пассивная регенерация обычно происходит во время движения, когда нагрузка на двигатель и ездовой цикл транспортного средства создают температуры, которые достаточно высоки для восстановления отложений сажи на стенках сажевого фильтра. Активная регенерация происходит во время эксплуатации автомобиля, когда низкая нагрузка на двигатель и более низкие температуры выхлопных газов препятствуют естественной пассивной регенерации. Датчики перед и после DPF (или датчика перепада давления) выдают показания, которые инициируют дозированное добавление топлива в поток выхлопных газов. Существует два метода впрыска топлива: впрыск ниже по потоку непосредственно в поток выхлопных газов, после турбонаддува или впрыск топлива в цилиндры двигателя на такте выпуска. Эта смесь топлива и выхлопных газов проходит через катализатор окисления дизельного топлива (DOC), создавая достаточно высокую температуру, чтобы сжечь накопившуюся сажу. Как только падение давления на DPF снижается до расчетного значения, процесс заканчивается, пока снова не начнется накопление сажи. Это хорошо работает для транспортных средств, которые едут на большие расстояния с небольшим количеством остановок по сравнению с теми, которые совершают короткие поездки с большим количеством пусков и остановок. Если фильтр создает слишком высокое давление, необходимо использовать последний тип регенерации — принудительную регенерацию. Этого можно добиться двумя способами. Оператор транспортного средства может инициировать регенерацию с помощью переключателя, установленного на приборной панели. Для запуска этого процесса требуются различные сигнальные блокировки, такие как включение стояночного тормоза, передача в нейтральном положении, температура охлаждающей жидкости двигателя и отсутствие кодов неисправностей двигателя (зависит от производителя оборудования и приложения). Когда накопление сажи достигает уровня, который потенциально может повредить двигатель или выхлопную систему, решение предполагает использование в гараже компьютерной программы для запуска регенерации DPF вручную.

Особенности работы и эксплуатации сажевого фильтра

Проходя через сажевый фильтр, загрязнения оседают на стенках матрицы, в результате чего на выходе образуются очищенные газы. Постепенно ячейки фильтра заполняются и забиваются, препятствуя прохождению выхлопных газов. Это приводит к снижению мощности двигателя, что указывает на необходимость его очистки или замены.

Срок службы сажевого фильтра зависит от условий эксплуатации автомобиля. В среднем, производители рекомендуют выполнять проверку состояния каждые 100 тысяч километров пробега. Реальный диапазон загрязнения фильтров составляет от 50 до 200 тысяч километров. Чтобы продлить ресурс, необходимо регулярно выполнять регенерацию и своевременно производить замену масла в двигателе.

Виды и задачи регенерации

Расположение сажевого фильтра в системе выхлопа

Регенерация сажевого фильтра представляет собой процедуру сжигания сажи, оседающей в матрице. Регенерация бывает двух видов:

• Пассивная – осуществляется за счет повышения температуры отработавших газов. Это может быть реализовано путем разгона мотора до максимальной нагрузки (порядка 15 минут движения при 3000 оборотов в минуту и более) или путем добавления в дизтопливо присадок, снижающих температуру сгорания сажи.
• Активная – выполняется, когда основной режим работы двигателя не обеспечивает нужных показателей для пассивной регенерации. Для этого выполняется принудительное повышение температуры на некоторое время. Повышение температуры достигается различными способами – за счет позднего или дополнительного впрыска на такте выпуска, электронагревателем или дополнительными присадками в топливо.

Частый прожиг изнашивает керамическую матрицу и приводит к ее разрушению. И поскольку стоимость сажевого фильтра довольно высока, необходимо найти наиболее щадящий режим. Достигается он увеличением количества пройденного расстояния между процедурами регенерации, а также снижением температурных диапазонов сгорания масла.

Выбор масла для дизеля

Неподходящее масло провоцирует дополнительное загрязнение ячеек матрицы фильтра и предварительный износ. При работе двигателя оно сгорает вместе с топливом и при наличии несгораемого осадка блокирует работу системы очистки выхлопных газов.

Для дизельных моторов с сажевыми фильтрами ACEA (Ассоциация Европейских Автопроизводителей) установила определенный стандарт масла, которое удовлетворяет экологическим стандартам не ниже Евро-4 и правилам эксплуатации автомобилей в целом. Моторные масла для современных сажевых фильтров, имеющие допуск ACEA, получили маркировку С (С1, С2, С3, С4). Они применяются для автомобилей с системами очистки выхлопа, а их состав позволяет продлить срок службы матрицы.

Принцип работы

Сажевый фильтр призван предотвращать/минимизировать попадание сажи в атмосферу. Он является частью глушителя и основная его задача – очистка отработавших газов. Однако, не стоит сравнивать это устройство с катализатором, потому как каталитический нейтрализатор борется с выхлопными газами, тогда как фильтр – лишь с сажей в них.

Сажевый фильтр функционирует в два этапа:

I ступень – захват сажи. На данном этапе частицы сажи оседают на стенках фильтрующего элемента, которые по своему виду напоминают ячейки. При этом, сажа не остается здесь полностью, а только частицы размером более 0,5 мкм. Остальная “мелочь” выходит вместе с газами наружу, хотя процент таких осадков невелик – порядка 10%.

II ступень: регенерация. Трудоемкий процесс очищения ячеек фильтрующего элемента от сажевых осадков. Процедура проходит согласно регламенту, предписанным производителем.

Взаимодействие с каталитическим нейтрализатором

На дизеле (по сравнению с бензиновым мотором), по большей части, катализатор не применяется по причине различий систем зажигания двигателей (свечи зажигания отсутствуют). Но крупные автомобильные концерны (VW Group) активно работают в этом направлении и создают комбинированные схемы сажевый фильтр/каталитический нейтрализатор.

Конструкция совмещенного фильтра:

• боковины корпуса очистительного устройства состоят из каталитического материала (зачастую, это титан). Посредством этого происходит сгорание и окислительные процессы отработавших газов (угарный, углекислый);
• внутренние ячейки имеют каналы малого сечения (состоят из карбида кремния), которые не пропускают в атмосферу частицы сажи.

Пассивная регенерация

Имеет место быть только на совмещенном устройстве, где каталитический нейтрализатор провоцирует процесс очищения посредством высоких температур. Сажевый фильтр нагревается до 300-500О C, при которых элементы сажи окисляются и сгорают.

Происходит это следующим образом:

1. В каталитическом нейтрализаторе азот и кислород образуют химическую реакцию. Результат взаимодействия – образование диоксида азота.
2. Диоксид азота взаимодействует с сажей, и на выходе получается угарный газ/окись азота.
3. Финальная стадия: кислород образует химическую реакцию с окисью азота/угарным газом. Появляется углекислый газ и диоксид азота.

Так сажевый фильтр проходит очистку, но при условии продолжительных поездок.

Процедура очищения производится при езде на высоких оборотах двигателя. Таким образом удается достичь разогрева элемента фильтрации приблизительно до 600O С. При такой температуре проходит аналогичный описанному выше процесс химических реакций с последующим очищением ячеек.

Все, что требуется водителю при принудительной регенерации – поддерживать необходимые обороты мотора. Все остальное происходит под надзором электронной системы – считывается информация с датчиков:

• воздуха;

• температурных датчиков отработавших газов;
• датчиков давления, которые имеет сажевый фильтр.

По окончанию процедуры очистки давление возвращается к исходным показателям, что говорит о завершении регенерации.

Фильтр при отсутствии каталитического нейтрализатора и автоматическая регенерация

Сажевый фильтр может и не совмещаться с катализатором. Каталитический нейтрализатор в таком случае находится перед элементом фильтрации, и эти два устройства никак не соприкасаются. Подобную схему применяют Ford, Peugeot, Toyota и другие.

Здесь процесс очищения проходит иначе. При определенном пробеге (с точной периодичностью в несколько сотен километров) электроника автомобиля самостоятельно впрыскивает особую присадку (на основе Церия) в тяжелое топливо:

• когда сажевый фильтр забивается, система впрыска поставляет данную присадку в камеры сгорания. При выходе отработавших газов фильтрующий элемент внутри нагревается до очень высоких температур (от +650 до +750О С), что раскаляет устройство;
• церий не вступает во взаимодействие с топливом и проходит вместе с отработанными газами в устройство фильтрации. В момент соприкосновения вещества с фильтром (сетка), оно воспламеняется и повышает температуру к +900-1000 О С;
• частицы сажи окисляются и сгорают.

Данный температурный режим способствует регенерации фильтрующего элемента. Выпускной тракт остается невредимым благодаря применению в нем высокопрочных материалов.

Для топливной присадки отведена специальная емкость. Сама присадка рассчитана на 100 000 километров, хотя этот показатель может сократиться при эксплуатации автомобиля на некачественном топливе.

Особенности

Профессиональная серия

Все новые и подержанные автомобили чувствительны к качеству топлива, для получения оптимальной мощности двигателя и комфортного вождения компанией Wynn’s были разработаны химические решения присадки. Современные топливные системы имеют очень точную настройку, и поэтому они очень чувствительны к различного рода негативным воздействиям от хим. реакций, происходящих в топливе.
Это приводит к засорению топливной системы, плохой смазке, коррозии и другим проблемам. На подержанных автомобилях возникают проблемы с получением правильной топливной смеси (соотношения воздух / топливо) и эффективностью ее сгорания. Это происходит за счет накопления отложений в топливной системе и износа деталей.

Замена сажевого фильтра на новый гарантированно решает проблему?

Замена сажевого фильтра невыгодна по деньгам и не дает гарантии, что фильтр будет служить долго. Некоторые автолюбители полагают, что раз машина выпущена с сажевым фильтром, значит, без него она уже не может правильно работать. Это не так.

Например, бмв Х5 Е70 первых годов выпуска шли на Россию без сажевого фильтра, а их аналоги из Европы имели сажевый фильтр, американские машины шли уже с сажевым фильтром и мочевиной AdBlue.

Сажевый фильтр и система впрыска мочевины – это дополнительные системы улучшения экологичности автомобиля. Только с ними машины могут укладываться в законные евронормы 4 и 5 в тех странах, где они установлены.

В России машины без сажевого фильтра и мочевины спокойно впишутся в существующие евронормы, рассчитанные на качество топлива. Нельзя иметь евро-4 без соответствующего топлива. Машины с правильно удаленными системами сажевого фильтра и AdBlue работают абсолютно точно соответствуют всем заводским параметрам и ведут себя корректно.

Вихревые заслонки перекрывают часть впускного канала, тем самым уменьшая площадь сечения канала. Проходимое количество воздуха немного уменьшается, при этом увеличивается скорость движения воздуха, создается вихрь. Это нужно для того, чтобы в цилиндре улучшить смешивание воздуха и топлива. Все хорошо, но на большинстве двигателей вихревые заслонки выполнены из пластика не очень высокого качества.

Со временем при пробегах от 100 т. км отложившиеся на вихревых заслонках наросты от системы ЕГР (ведь никто не делает необходимую по обслуживанию промывку клапан ЕГР раз в 60000 км) вместе с температурой делают пластик хрупким, он обламывается и засасывается в двигатель, далее следует капитальный ремонт.

Без вихревых заслонок двигатель в некоторых средних режимах потеряет крутящий момент, но никогда не умрет от попадания кусочков пластика в цилиндры. Потерю крутящего момента элементарно скомпенсировать чип тюнингом, при этом можно сэкономить на смежных работах по перепрограммированию блока управления двигателем по мощности и вихревым заслонкам одновременно.

Просто снять вихревые заслонки не получится, так как часто на пробегах элементы управления вихревыми заслонками имеют неисправности по электронике и механике.

Регенерация

Насос-дозатор для впрыска дизельного топлива или присадок, 3 л / ч при 5 бар

Схема регенерации

Грузовик Hino и его селективное каталитическое восстановление (SCR) рядом с DPF с процессом регенерации за счет позднего впрыска топлива для контроля температуры выхлопных газов с целью сжигания сажи.

Регенерация — это процесс сжигания (окисления) накопленной сажи на фильтре. Это делается либо пассивно (за счет тепла выхлопных газов двигателя при нормальной работе или путем добавления катализатора в фильтр), либо путем активного введения очень сильного тепла в выхлопную систему. Встроенное управление активными фильтрами может использовать различные стратегии:

1. Управление двигателем для повышения температуры выхлопных газов за счет позднего впрыска топлива или впрыска во время такта выпуска
2. Использование топливного катализатора для снижения температуры выгорания сажи
3. Топливная горелка после турбонаддува для повышения температуры выхлопных газов
4. Каталитический окислитель для повышения температуры выхлопных газов с дополнительным впрыском (HC-Doser)
5. Катушки резистивного нагрева для повышения температуры выхлопных газов
6. Микроволновая энергия для повышения температуры твердых частиц

Все бортовые активные системы используют дополнительное топливо, будь то сжигание для нагрева сажевого фильтра или обеспечение дополнительной мощности электрической системе сажевого фильтра, хотя использование катализатора на топливе значительно снижает требуемую энергию. Обычно компьютер контролирует один или несколько датчиков, которые измеряют противодавление и / или температуру, и на основе предварительно запрограммированных заданных значений компьютер принимает решения о том, когда активировать цикл регенерации. Дополнительное топливо можно подавать дозирующим насосом . Слишком частое выполнение цикла при низком уровне противодавления в выхлопной системе приведет к высокому расходу топлива. Если цикл регенерации не будет запущен достаточно быстро, увеличивается риск повреждения двигателя и / или неконтролируемой регенерации ( тепловой разгон ) и возможного отказа DPF.

Дизельные твердые частицы горят при достижении температуры выше 600 ° C. Эта температура может быть снижена примерно до 350–450 ° C за счет использования катализатора на топливе. Фактическая температура выгорания сажи будет зависеть от используемого химического состава. Начало горения вызывает дальнейшее повышение температуры. В некоторых случаях, в отсутствие катализатора на топливе, сгорание твердых частиц может привести к повышению температуры выше порога структурной целостности фильтрующего материала, что может вызвать катастрофическое разрушение подложки. Для ограничения этой возможности были разработаны различные стратегии

Обратите внимание, что в отличие от двигателя с искровым зажиганием, который обычно имеет менее 0,5% кислорода в потоке выхлопных газов перед устройством (а) контроля выбросов, дизельные двигатели имеют очень высокую долю доступного кислорода. В то время как количество доступного кислорода делает возможной быструю регенерацию фильтра, это также способствует неконтролируемым проблемам регенерации.

Некоторые приложения используют регенерацию вне платы. Внешняя регенерация требует вмешательства оператора (т. Е. Машина либо подключается к станции регенерации, установленной на стене / полу, либо фильтр снимается с машины и помещается в станцию ​​регенерации). Внешняя регенерация не подходит для дорожных транспортных средств, за исключением ситуаций, когда автомобили припаркованы на центральном складе, когда они не используются. Внешняя регенерация в основном используется в промышленности и горнодобывающей промышленности. Угольные шахты (с сопутствующим риском взрыва из-за угольной влаги) используют внешнюю регенерацию, если установлены одноразовые фильтры, причем станции регенерации расположены в зоне, где разрешено использование недопустимого оборудования.

Многие вилочные погрузчики могут также использовать внешнюю регенерацию — как правило, горнодобывающая техника и другое оборудование, которые проводят свой срок эксплуатации в одном месте, что делает практичным наличие стационарной станции регенерации. В ситуациях, когда фильтр физически снимается с машины для регенерации, также есть преимущество, заключающееся в возможности ежедневно проверять сердечник фильтра (сердечники DPF для внедорожных применений обычно рассчитаны на использование в течение одной смены, поэтому регенерация это повседневное явление).

Эксплуатация авто с сажевым фильтром

Забитый сажей фильтрующий элемент

Что такое сажевый фильтр на авто с точки зрения водителя, желающего добиться максимальной отдачи от двигателя? Это, в первую очередь, помеха на пути отработанных газов – особенно, когда тот забит сажей. Есть три пути устранения этой помехи или уменьшения сопротивления:

• очистка сажевого фильтра; его замена; удаление фильтра вообще.

Срок службы сажевого фильтра на дизеле составляет в среднем около 150 000 – 180 000 км. Если авто эксплуатируется не интенсивно, то это достаточно большой пробег, и можно заменить фильтр, не прибегая к дополнительным действиям – перепрошивке ЭБУ двигателя, например. Но в том случае, если автомобиль напряжённо трудится, и такое расстояние «покрывает» за два-три месяца, то предпочтительнее совсем исключить этот элемент из выхлопной системы – цены на сажевые фильтры, устанавливаемые на дизеля, стартуют от 900 евро, да и моторное масло для дизеля с сажевым фильтром использовать предусматривается специальное и стоит оно дороже «обычного».

Автоматическая чистка сажевого фильтра на дизеле

Для управления системами самоочистки и (или) для подачи сигнала водителю о том, что фильтр забит сажей, в его корпус вмонтированы датчики. В случае нарушения пропускной способности фильтра на панели приборов загорается лампа «DPF» (Diesel Particulate Filter). Кроме того, если сажевый фильтр на дизеле забит, проявляются следующие симптомы:

• уменьшается мощность и тяговые качества двигателя; увеличивается расход топлива; начинают «плавать» обороты холостого хода.

Опытный водитель также отметит и изменение звука работы мотора.

Современные дизельные двигатели оборудованы электроникой, которая может включить режим самоочистки фильтра. Как правило, самоочистка осуществляется одним из двух способов:

1. ЭБУ двигателя, обработав сигнал с датчика, установленного в сажевом фильтре, подаёт соответствующий сигнал системе EGR(Exhaust Gas Recirculation), которая соединяет выпускной и впускной тракты, перепуская через специальный клапанчасть отработанных газов обратно в цилиндры. Изменяя положение заслонки клапана, система EGR формирует воздушный поток таким образом, что поступающие в сажевый фильтр газы имеют температуру выше обычной, и сажа выгорает. Некоторые авто оснащены дополнительной ёмкостью, где содержится специальный состав, при попадании которого в сажевый фильтр загрязнения также выгорают. Управляет всем процессом также электроника.

Как очистить сажевый фильтр на дизеле самому?

Сажевый фильтр забивается, как правило, от недостаточного нагрева его наполнителя, что приводит к плохому выгоранию загрязнений. Обычно это происходит при городском режиме движения – когда недостаточные обороты двигателя не благоприятствуют прогреву выпускного тракта. Вдобавок, при работе двигателя на холостом ходу или на малых оборотах в цилиндры поступает обогащённая топливная смесь, которая не сгорает полностью. Если конструкция авто предусматривает только информирование водителя о том, что фильтр засорен, то нужно обеспечить работу мотора на высоких оборотах – чтобы поднять температуру «выхлопа». Проще говоря – нужно «покататься с ветерком». Также можно промыть сажевый фильтр специальным раствором, предварительно сняв с машины. Для качественной промывки следует заполнять корпус фильтра целиком. Впрочем, подробная инструкция по применению промывочного средства, как правило, напечатана прямо на этикетке и не предусматривает применения каких-либо дополнительных приспособлений.